通信工程论文范文

通信工程论文范文内容摘要：

50多个成员，其中有如 Breeze、 startup BeamReach Networks 和 Nokia 等参加，主要是协调提交到 IEEE 的 OFDM 提案。 而宽带 Inter 论坛(BWIF)则是在 Cisco 倡导下，由 IEEE 工业标准技术组织 IEEEISTO 成立的，其主要目标是提供低成本宽带无线接入技术，号召采用基于 VOFDM 的标准作为解决方案。 OFDM 的优势与不足 [5][15] OFDM 的优势 OFDM 存在很多技术优点，在 3G、 4G 中被运用，作为通信方面其有很多优势 : (1) 在窄带带宽下也能够发出大量的数据。 OFDM 技术能同时分开至少 1000 个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的 CDMA 技术的进一步发展壮大，正是由于具有了这种特殊的信号 “穿透能力 ”使得OFDM 技术深受欧洲 通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎，例如加利福尼亚 Cisco系统公司、纽约 Flarion工学院以及朗讯工学院等开始使用，在加拿大 WiLAN 工学院也开始使用这项技术。 (2) OFDM 技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以 OFDM 能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。 (3) 该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信。 (4) OFDM 技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。 高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。 (5) OFDM 技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。 在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个链路通信失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。 对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。 (6) 可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。 当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的 子载波以及 5 其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。 (7) 通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。 OFDM 技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。 通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。 (8) OFDM 技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。 (9) 可以选用基于 IFFT/FFT 的 OFDM 实现方法。 (10) 信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。 当子载波个数很大时， 系统的频谱利用率趋于 2 Baud/Hz。 (Baud 即波特； 1 Baud = log2M (bit/s) ，其中 M 是信号的编码级数。 ） OFDM 的不足 [5] 虽然 OFDM 有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得 OFDM 信号在传输过程中存在着一些劣势： (1) 对相位噪声和载波频偏十分敏感 这是 OFDM 技术一个非常致命的缺点，整个 OFDM 系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起 ICI(载波间干扰 )。 同样，相位噪声也会导致码元 星座 点的旋转、扩散，从而形成 ICI。 而单载波系统就没有这个问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比 SNR，而不会引起码间的干扰。 (2) 峰均比过大 OFDM 信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。 同传统的恒包络的调制方法相比， OFDM 调制存在一个很高的峰值因子。 因为 OFDM 信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。 对某些数据，这些小 信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。 而峰均比过大，将会增加 A/D 和 D/A 的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。 同时，在发射端，放大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在 OFDM 频段内和相邻频段之间产生干扰。 (3) 所需线性范围宽 由于 OFDM 系统峰值平均功率比 (PAPR)大，对非线性放大更为敏感，故 OFDM 调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。 本次设计的主要任务 6 (1) 研究了在未来通信世界中极具发展潜力的 OFDM 技术的性能，优、缺点及基本通信原理。 (2) 分析 OFDM 系统在实际应用中的关键技术。 (3) 简要介绍 Matlab 仿真软件，并通过该软件组建 OFDM 仿真平台。 (4) 在仿真平台上，对于基于导频的信道估计技术中的基于 最小乘方误差 (LS)估计和基于最小均方误差 (MMSE)信道估计 进行研究和系统仿真。 论文内容安排 (1) 第一章简要介绍 OFDM 的发展，应用与优缺点。 (2) 第二章针对 4G 移动通信系统中最为人关注的正交频分复用 (OFDM)技术，分析其通信原理、技术特点，及关键技术。 (3) 第三章简要描述 OFDM 仿真平 台的搭建过程，对其中的关键模块如交织、信道编码、信道等部分的功能做了介绍。 重点介绍信道部分的特性，常见的信道模型，以及本次设计的信道模型。 (4) 第四章是利用已经搭建的 OFDM仿真平台对 OFDM对于基于导频的信道估计技术中的基于 最小乘方误差 (LS)信道估计和基于最小均方误差 (MMSE)信道估计 进行仿真得出仿真结果，并对两种算法性能做出比较。 (5) 最后是论文总结、致谢、参考文献与源程序。 7 第二 章 OFDM系统仿真依据 要解决本次设计的问题，我们还是要先对 OFDM 采用的技术 做一下了解，所以本章先介绍了 OFDM 符号基本原理，基于快速傅里叶变换的 OFDM 系统，接着介绍了 OFDM系统的关键技术，并重点介绍其中的循环前缀与信道估计技术，因为它们是仿真所用到的最关键的两个技术。 OFDM系统的基本原理 OFDM是一种无线环境下的高速率传输技术。 一般来说，无线信道的频率响应曲线应是非平坦的， OFDM技术的主要思路是把给定信道在频域范围内划分成若干正交子信道，而利用子载波在各个子信道上完成调制作用，各子载波采用并行传输的方式。 由于OFDM技术的这种特性，它的子信道的频率响应曲线 是平坦的，在很大程度上消除了波形间干扰。 OFDM系统各子信道上的载波相互具有正交性，且频谱互相重叠，这种方式减小了子载波间的互相干扰，又在一定程度上使频谱利用率提高。 OFDM 符号基本模型 OFDM 符号是将多个并行正交载波完成调制后的合成信号，各个子载波上的信号能够独立的且利用不同的调制方式。 例如我们用 id 表示一个子载波上的调制数据符号，通常子载波采用 PSK 或 QAM 的调制方式。 如果载波频率用 cf 表 示，符号时间用 T 表示，子载波数用 sN 表示，相邻子载波间隔就是 1/T。 /2ind 代表第 i 个子载波的调制数据。 那么，一个起始时间为 st 的 OFDM 信号我们可以表示为式（ 21） [6]： 12220 . 5( ) Re e x p ( 2 ( ) ( ) ) ,ssSNN c s s siNiiS t d j f t t t t t tT       (21) ( ) 0 , ssS t t t t t t     (22) 8 图 OFDM 信号频谱图 图 OFDM 信号时域图 (包括四个正交子载波 ) 由图 可知， OFDM 各子载波上的信号具有相同的功率谱形式，都是 Sa 函数 ,与时域的方波是对应的。 在诸多的研究资料中， OFDM 信号经常用等效复基带信号来表示 [7]: 2/22( ) e xp( 2 ( ) ) ,sSsNi N s N sNiiS t d j t t t t t TT     (23) ( ) 0 , ssS t t t t t T     (24) OFDM 信号中的同相、正交分量正是与以上公式中的实部与虚部分别对应，最终的OFDM 信号即为实、虚部分别与相应子载波频率的余弦分量、正弦分量相乘组成。 图 为 OFDM 系统基本框架模型图 [8]： 9 0jte 1jte 1Njte   1Njte  1jte S / P+P / S  0d1d1Nd0jte  0d1d1d信 道 积 分积 分积 分… … 图 OFDM 系统基本框架模型 从图 可以看到，在一个 OFDM符号周期 T 内，每个子载波都包括整数倍个周期，并且相邻两个子载波之间相差 1 个周期，在这种情况下，各个子载波间就具有正交性。 即对于两个角频域分别为 ωm和 n 的子载波，满足 :  1,0,01 e x p ( ) . e x p ( )T mnm n m nj t j t d tT   (25) 而 OFDM 中的各个子载波的频率可以表示为： 0nf f n f   (26) 其中， f =1/T 是各子载波间的频率间隔， T 是符号周期， f 表示 1/T 的整数倍， 0 / , 0 , 1 , 2 , . . . . . . , 1nf f n T n N    (27) 其中， T 是单个 OFDM 符号持续时间， 0f 是第一个子载波的频率。 如果每个子载波正交的话，各个子载波上的数 据符号就能够在接收端很容易的被解调出来。 如果对第 j个子载波进行解调，然后在时间长度 T 内进行积分，即： 101 e x p ( 2 ( ) ) . e x p ( 2 ( ) )st Nti s i ss ijid j t t d j t t d tT T t     101 e xp( 2 ( ) )sN tTissiiijd j t t dtTTd   (28) 这种正交性还可以从频域 角度来理解。 每个 OFDM 符号在其周期 T 内包括多个非零子载波。 因此，我们可以把它的频谱视为周期是 T 的矩形脉冲频谱和一组位于各子载波频 10 率上巧函数的卷积。 矩形脉冲的频谱幅值为 Sa 函数，频率为 1/T 整数倍的位置会出现函数的零点。 此现象可见图 ,该图中显示出互相覆盖的每个子信道中经过矩形波形成而得到的符号的 sin 函数的频谱。 其他子信道的频谱值在各子载波频率最大值处正好为零。 在解调OFDM 符号过程中，需要计算这些位置上对应的各子载波频率最大值，这样就能够把每个子信道符号从众多的互相重叠的子信道符号频谱中提取出来， 避免受到子信道间的干扰。 图 中显示， OFDM 符号频谱是满足奈奎斯特准则的，就是说出现在频域中的多个子信道之间不存在互相干扰。 DFT(或 FFT)的 OFDM 系统 在 OFDM 系统中，如果子载波的数量较大，在调制过程中，诸如滤波、调制、解调等一系列复杂的设备就是必须具备的，如何能够简化或者是省略掉这些复杂的设备呢，离散傅立叶变换 (DFT)及其反变换 (IDFT)完全可以做到这一点。 而且用这样的调制和解调方法更易于用 DSP 实现。 如果再使用快速傅立叶变换 (FFT)及其反变换 (IFFT)就能够使运算过程 更加简化，达到提高运算效率的目的。 由于 DFT 和 IDFT 在通信系统中的突出优势，该技术在调制过程的应用已成为必然趋势。 DFT 和 IDFT 变换对分别为 : 10: ( ) ( ) ( 0 , , .. ., 1 )N nkNnD F T X K x n W k i N   (29) 101: ( )。